Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy phay CNC

Các thành phần cơ bản nhất của một MÁY PHAY CNC bao gồm sáu phần: Thiết bị I/O, thiết bị CNC, thiết bị truyền động servo, thiết bị phản hồi đo lường, thiết bị phụ trợ và thân máy công cụ. Dưới đây, chúng tôi sẽ giới thiệu chi tiết về sáu phần này.

1. Thiết bị I/O

Thiết bị I/O được sử dụng để nhập/xuất dữ liệu như chương trình gia công điều khiển số hoặc chương trình điều khiển chuyển động, dữ liệu gia công và điều khiển, tham số máy, vị trí trục tọa độ và trạng thái của các công tắc phát hiện. Bàn phím và màn hình là thiết bị I/O thiết yếu và cơ bản cho thiết bị CNC. Là thiết bị ngoại vi của hệ thống CNC, máy tính để bàn và máy tính xách tay hiện đang là một trong những thiết bị I/O thường được sử dụng

2. Thiết bị điều khiển số

Thiết bị điều khiển số là lõi của hệ thống điều khiển số, bao gồm các mạch giao diện I/O, bộ điều khiển, đơn vị số học và bộ nhớ. Chức năng của thiết bị điều khiển số là biên soạn, tính toán và xử lý dữ liệu được nhập bởi thiết bị đầu vào thông qua các mạch logic nội bộ hoặc phần mềm điều khiển, và xuất ra các thông tin và hướng dẫn khác nhau để điều khiển các bộ phận khác nhau của máy công cụ thực hiện các hành động đã chỉ định.

Trong số các thông tin điều khiển và hướng dẫn này, những thông tin cơ bản nhất là tốc độ cấp trục tọa độ, hướng cấp và độ dịch chuyển cấp được tạo ra thông qua quá trình nội suy, được cung cấp cho thiết bị điều khiển servo. Sau khi được khuếch đại bởi bộ điều khiển, độ dịch chuyển của trục tọa độ cuối cùng được kiểm soát. Những thông tin và hướng dẫn điều khiển này trực tiếp xác định quỹ đạo di chuyển của công cụ hoặc trục tọa độ.

3. Thiết bị điều khiển servo

Các thiết bị điều khiển servo thường được cấu thành từ các bộ khuếch đại servo (còn được gọi là bộ điều khiển hoặc đơn vị servo) và các bộ truyền động. Trên các máy công cụ CNC, động cơ servo AC thường được sử dụng làm bộ truyền động. Hiện nay, động cơ tuyến tính đã được sử dụng trên các máy gia công tốc độ cao tiên tiến. Ngoài ra, cũng có những máy công cụ CNC đơn giản được sản xuất vào thế kỷ 20 sử dụng động cơ servo DC, cũng như động cơ bước làm bộ truyền động. Bộ khuếch đại servo phải được sử dụng kết hợp với động cơ điều khiển.

4. Thiết bị phản hồi đo lường

Thiết bị phản hồi đo lường là liên kết phát hiện của máy công cụ CNC vòng kín (vòng kín bán phần). Chức năng của nó là phát hiện tốc độ và dịch chuyển thực tế của bộ truyền động hoặc bàn làm việc thông qua các thành phần đo lường hiện đại (như bộ mã xung, biến áp quay, bộ đồng bộ cảm ứng, lưới, thước đo từ tính, thiết bị đo laser, v.v.), và phản hồi lại cho thiết bị điều khiển servo hoặc thiết bị CNC để bù đắp cho tốc độ cấp liệu hoặc lỗi chuyển động của bộ truyền động, nhằm cải thiện độ chính xác của cơ chế chuyển động. Vị trí của tín hiệu phản hồi được phát hiện bởi thiết bị đo lường phụ thuộc vào hình thức cấu trúc của hệ thống CNC. Các bộ mã xung tích hợp trong servo, máy đo tốc độ và lưới tuyến tính là các thành phần phát hiện thường được sử dụng.

Thiết bị điều khiển servo tiên tiến áp dụng công nghệ điều khiển servo số (gọi tắt là servo số), và thiết bị điều khiển servo được kết nối với thiết bị điều khiển số thông qua một bus. Các tín hiệu phản hồi chủ yếu được kết nối với thiết bị điều khiển servo và truyền đến thiết bị điều khiển số qua bus. Thiết bị phản hồi chỉ cần được kết nối trực tiếp với thiết bị điều khiển số trong một vài trường hợp hoặc khi sử dụng các thiết bị điều khiển servo analog (gọi tắt là servo analog).

5. Cơ chế điều khiển phụ

Cơ chế điều khiển phụ đề cập đến các thành phần điều khiển giữa thiết bị điều khiển số và các thành phần cơ khí và thủy lực của máy công cụ. Chức năng chính của nó là nhận lệnh tốc độ trục chính, lệnh lái, và lệnh khởi động dừng được xuất ra bởi thiết bị CNC, lệnh chọn và trao đổi công cụ, lệnh khởi động dừng cho các thiết bị làm mát và bôi trơn, lệnh thả và kẹp cho các chi tiết và bộ phận máy, tín hiệu lệnh phụ cho việc định vị bàn làm việc, cũng như tín hiệu cho trạng thái của các công tắc phát hiện trên máy công cụ. Sau khi biên soạn cần thiết, phán đoán logic, và khuếch đại công suất, nó trực tiếp điều khiển các thành phần thực thi tương ứng để điều khiển các thành phần cơ khí, thiết bị phụ trợ thủy lực và khí nén của máy công cụ hoàn thành các hành động được chỉ định trong các lệnh. Nó thường được cấu thành từ PLC và mạch điều khiển dòng điện mạnh. PLC có thể được tích hợp với CNC trong cấu trúc (PLC tích hợp) hoặc tương đối độc lập (PLC bên ngoài).

6. Thân máy công cụ

Thân máy công cụ là thành phần cấu trúc cơ khí của một máy công cụ CNC, bao gồm hệ thống truyền động chính, hệ thống truyền động cấp, thân giường, bàn làm việc, cũng như các thiết bị chuyển động phụ, hệ thống thủy lực/khi nén, hệ thống bôi trơn, thiết bị làm mát, hệ thống loại bỏ phoi, hệ thống bảo vệ, và các bộ phận khác. Để đáp ứng các yêu cầu của công nghệ CNC và tận dụng tối đa hiệu suất của máy công cụ, máy công cụ CNC đã trải qua những thay đổi đáng kể về bố cục tổng thể, hình dáng, cấu trúc hệ thống truyền động, hệ thống công cụ, và hiệu suất hoạt động so với máy công cụ thông thường.

Nguyên lý làm việc của máy phay CNC

Trên các máy công cụ cắt kim loại truyền thống, người vận hành cần phải liên tục thay đổi các tham số như quỹ đạo chuyển động và tốc độ của công cụ theo yêu cầu của bản vẽ khi gia công các bộ phận, để công cụ có thể cắt phôi và cuối cùng sản xuất ra các bộ phận đạt tiêu chuẩn.

Gia công của máy phay CNC thực sự áp dụng nguyên tắc "phân biệt", và nguyên tắc làm việc cũng như quy trình của nó được mô tả ngắn gọn như sau.

1. Dựa trên đường đi của công cụ cần thiết cho chương trình gia công, thiết bị CNC phân biệt đường đi theo trục tọa độ tương ứng của máy công cụ, sử dụng lượng di chuyển tối thiểu (tương đương xung) làm đơn vị, và tính toán số lượng xung cần thiết để di chuyển mỗi tọa độ.

2. Sử dụng phần mềm "nội suy" hoặc "thao tác nội suy" của thiết bị điều khiển số, phù hợp với quỹ đạo cần thiết bằng một đường thẳng tương đương theo đơn vị "di chuyển tối thiểu", và tìm đường thẳng phù hợp gần nhất với quỹ đạo lý thuyết.

3. Thiết bị điều khiển số liên tục phân bổ xung cấp cho các trục tọa độ tương ứng dựa trên quỹ đạo của đường thẳng đã phù hợp, và điều khiển các trục tọa độ của máy công cụ di chuyển theo các xung đã phân bổ thông qua truyền động servo.

Kết luận sau đây có thể được rút ra từ những điều trên:

① Miễn là lượng di chuyển tối thiểu (tương đương xung) của máy CNC đủ nhỏ, đường thẳng phù hợp có thể thay thế hiệu quả đường cong lý thuyết.

② Bằng cách thay đổi phương pháp phân bổ xung của trục tọa độ, hình dạng của đường polyline phù hợp có thể được thay đổi, từ đó đạt được mục tiêu thay đổi quỹ đạo gia công.

③ Bằng cách thay đổi tần số của các xung được phân bổ, tốc độ của trục tọa độ (công cụ) có thể được thay đổi

Điều này đạt được mục đích cơ bản của việc kiểm soát quỹ đạo di chuyển của công cụ của máy CNC.

Phương pháp tính toán và xác định các điểm trung gian giữa các điểm đã biết của một quỹ đạo lý tưởng (đường viền) thông qua việc làm dày dữ liệu dựa trên một hàm toán học cho trước được gọi là nội suy; Số lượng trục tọa độ có thể tham gia vào nội suy đồng thời được gọi là số trục liên kết. Rõ ràng, càng nhiều trục liên kết mà một máy CNC có, hiệu suất của nó trong việc gia công các đường viền càng mạnh. Do đó, số lượng trục liên kết là một chỉ số kỹ thuật quan trọng để đo lường hiệu suất của các máy CNC.